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www.ccda.eco.br Maio / 2019 Central Ambiental

Sistema de coleta, armazenamento e controle de dados ambientais

na produção de suínos utilizando tecnologias de baixo custo

Maximiliano Z. Pezzin, M Sc, UnC Concórdia, [email protected]

Nilton Suzuki Kazuo, M Sc, UnC Curitibanos, [email protected]

Resumo

A automação de processos de produção é muito mais do que uma forma

de melhorar a produtividade e a competitividade de um empreendimento.

A utilização de métodos autômatos e informatizados auxiliam na

padronização, agregam valor, racionalizam os custos, apoiam na

manutenção da qualidade e possibilitam o rastreio/análise histórica dos

dados armazenados relativos ao processo produtivo. Partindo-se do

princípio de que a automação traz consigo mais vantagens do que

desvantagens, há de se buscar formas e meios de disseminar o uso destas

tecnologias, em especial quando se contempla a contínua e crescente

competitividade entre empresas. É natural se pensar que o uso de

tecnologia está associada a custos elevados e mão de obra pouco

disponível. A presente proposta busca enfrentar alguns preconceitos, ao

apresentar um modelo de automação de coleta de dados e gerenciamento

básico de dispositivos, com baixo custo de implantação e manutenção,

tendo ainda a possibilidade de armazenamento de dados históricos. Para

completar, o modelo permite, inclusive, o acesso e gerenciamento remoto

das variáveis ambientais relacionadas a produção de suínos, sempre

focado no baixo custo e disseminação da tecnologia na área de produção.

Palavras-Chave: Automação, variáveis ambientais, bem-estar animal, produtividade, coleta de dados.


1. Introdução

A competitividade é a grande promotora da evolução dos processos produtivos. A busca

por métodos e técnicas inovadoras pode ser apontada como o fator chave para o sucesso de

um empreendimento, visto a necessidade contínua de aprimoramento dos modelos de

produção, principalmente ao contemplar a competição entre empresas, em sua incessante

busca por melhores resultados e posicionamento no mercado.

O advento da informática revolucionou e continua gerando novas formas de aquisição

e manipulação de dados, essencial para a sobrevivência empresarial. No contexto da

automação, SUGAWARA(2003), já em 2003, afirma que empresas devem utilizar sensores e

transdutores associadas a equipamentos automatizados de coletas de informações, bem como

associar a bancos de dados, o que permitirá a geração de novas formas e modelos de busca e

armazenamento de dados, inovando e diferenciando seus serviços e produtos.

A possibilidade de armazenar e manipular os dados históricos, associados a modelos

de processamento e automação de processos abre um leque de possibilidades, agregando

diversas vantagens, tanto em qualidade como nos custos envolvidos, pois o uso destes dados

armazenados viabiliza uma melhor tomada de decisão, pois as variáveis do processo agregam

conhecimento e possibilitam a racionalização dos recursos envolvidos, ou seja, aumentam a

competitividade.

Não é de hoje a preocupação com o uso de dados históricos. LIRANI(2005) discorre

justamente sobre a importância, ignorada em alguns segmentos, da necessidade de coleta e

armazenamento de informações de produção, justamente para uma melhor tomada de decisão.

O BOLETIM(2009) cita diversos motivos pelos quais o armazenamento de dados históricos

podem trazer benefícios ao processo de produção. Em projetos onde há a possibilidade de

coleta e armazenamento automatizado de dados, é possível vislumbrar um novo universo de

aplicabilidades:

- Uso de dados históricos na tomada de decisões futuras;

- Controles de ações básicas, tanto de ajustes ambientais como em caso de emergência;

- Disponibilização de dados on-line;

- Racionalização da utilização de recursos;

- Rápida resposta a interações;

- Maior precisão e confiabilidade nas informações adquiridas;

- Agregar os dados às informações de rastreabilidade;

- Associação destes dados aos processos futuros.


Cabe ressaltar, que os procedimentos automatizados de coleta evoluíram justamente

baseados nas inovações dos recursos computacionais, ou seja, a evolução técnica destes

processos de aquisição/coleta/armazenamento de dados está íntima e intrinsecamente

associados à contínua evolução dos recursos computacionais LAUDON(2011).

Neste ponto, a compreensão de que os métodos computacionais estão sempre em

contínua evolução, associada a inevitável competição entre os modelos de produção das

empresas, permite-se chegar a uma conclusão óbvia do que seria um dos principais fatores de

sucesso, o custo x benefício do processo.

A questão é que, naturalmente, novidades tecnológicas geralmente tem uma curva de

amortização relativamente baixa, tornando os custos de implantação relativamente elevados,

por alguns meses ou mesmo anos. Um equipamento de coleta de dados, não raramente tem

um custo elevado, e por não trazer resultados imediatos, é naturalmente visto por

empreendedores do setor produtivo como algo desnecessário e dispensável.

O fato é que, frequentemente, o custo de desenvolvimento e implantação de projetos

que envolvam estas tecnologias acabam se mostrando inviáveis, econômica ou tecnicamente,

para a maioria dos produtores, dificultando o acesso a grande parte dos produtores. Mas é

importante deixar claro que, sem a coleta de dados históricos, certamente questões de

rastreabilidade e de tomada de decisão acaba por tornar-se menos confiável.

Felizmente, a competição entre empresas e tecnologias acaba por gerar uma

considerável diversidade tecnológica, tanto no tocante aos recursos, como aos valores

envolvidos, fato este que possibilita uma diversidade das características e nos modelos

disponibilizados.

E qual a importância de armazenar dados ambientais para a produção de suínos?

A análise, compilação e cruzamento de dados históricos permite que sejam realizados

estudos, prognósticos e diagnósticos com base em dados já armazenados no sistema,

possibilitando ainda:

- Avaliar se as variáveis ambientais estiveram/estão dentro de padrões aceitáveis;

- Verificar se os padrões de bem-estar animal, exigidos em lei, estão sendo cumpridos;

- Analisar se os critérios de qualidade ambiental propostos pelas agroindústrias de

processamento estão adequados;

- Associar os dados registrados aos dados de rastreamento dos animais;

- Implementar técnicas de datamining dos dados registrados, na busca por padrões de

ocorrências


A tecnologia aplicada, neste projeto, será vista como um recurso, que permitirá a

automação dos processos de coleta e armazenamento de dados. Mas, de forma a gerar

vantagens operacionais, o próprio sistema coletor permitirá a tomada de ações básicas de

gestão e controle de dispositivos primários de interação com ambiente, assim, além da coleta

e armazenamento de dados, alguns controles básicos de automação serão disponibilizados.

De uma forma bastante simples, variáveis ambientais básicas podem ser geridas,

racionalizando os recursos energéticos e ambientais, tais como:

- Acionamento de ventiladores para diminuir a temperatura local;

- Acionamento de dispersores de água para elevar/ajustar a umidade;

- Liberação e interrupção do fornecimento de água em situações específicas;

- Acionamento de circuitos elétricos de controle de cortinas;

- Acionamento de lâmpadas e/ou equipamentos sonoros em casos específicos.

Expostos os desafios a serem enfrentados, evidenciam-se os objetivos deste projeto,

em seus focos econômicos, ambientais, energéticos e de gestão de informações: Implementar

um sistema de aquisição, armazenamento e gerenciamento de variáveis ambientais na

produção de suínos, utilizando de tecnologias de baixo custo, de fácil implantação e

manutenção, permitindo o acesso gerenciamento remoto.

O maior desafio do projeto é justamente criar um modelo computacional que colete

dados ambientais a baixo custo, permitindo o armazenamento e disponibilização destas

informações em tempo real para a tomada de decisões, de forma autônoma (somente o

equipamento), de forma integrada (com interação do usuário) ou de forma on-line (via web).

Tudo isto associado à uma plataforma de baixo custo tanto em softwares como em hardware.

A socialização de uma tecnologia de baixo custo, associado a um controle mais

eficiente, tanto do ponto de vista ambiental e financeiro, destes recursos é vista, pelos autores,

como uma forma de inclusão, e uma excelente oportunidade a produtores que sempre

estiveram à margem da utilização de tecnologias.

2. Dados ambientais, sua importância e utilização

A importância do acompanhamento das variáveis ambientais, no processo produtivo

suíno, torna-se clara quando percebe-se os investimentos e mesmo a atenção conferida pelas

empresas, em âmbito global, à fatores de produtividade e qualidade na produção

Marangoni_Ruidos(2018).


A questão ambiental, em suas diversas variáveis, pode e deve ser trabalhada de forma

ampla. Os vários focos de estudo, abordagens, preocupações e considerações que devem ser

abordadas de forma responsável e contemplando o fato de que o trato com seres vivos merece

um cuidado e tratamento especial.

Schmidt (2019), em sua resenha relativa às demandas atuais e futuras da cadeia

produtiva de suínos, é enfática em afirmar que “é preciso priorizar questões que envolvem a

biossegurança, a sanidade, o bem-estar animal, o uso racional de antimicrobianos e o

investimento em mão de obra”, considerando em especial “a necessidade e eminente

normatização do bem-estar animal no país”.

Neste ponto cabe ressaltar que apesar da imprescindível necessidade de tratar

parâmetros de produtividade e custos, é perceptível a real preocupação do setor em promover

avanços tangentes à fatores de qualidade de vida e bem-estar aos animais.

Marangoni_Produtividade(2018), faz cita de forma muito clara que “a FAWC (Farm

Animal Welfare Comittee), um grupo destinado a estudar e disseminar as noções de bem-estar

animal, instituiu os 5 princípios básicos necessários para a qualidade de vida dos animais”.

Segundo estes princípios, amplamente aceitos pela comunidade científica, defendem que os

animais devem estar:

- Livres de medo e estresse;

- Livres de fome e sede;

- Livres de desconforto;

- Livres de dor, lesões e doenças;

- Livres para expressar seu comportamento natural.

O site especializado em produtividade leiteira, MilkPoint(2018), aponta fatores

ambientais que afetam diretamente a produtividade, podendo estes serem: físicos, químicos,

biológicos, sociais e climáticos. Ainda segundo MilkPoint(2018, apud TITTO 1998), percebe-se

que o estudo dos microclimas não é um assunto novo, havendo abordagens ao tema a tempos.

Mais que um mero estudo ou análise, HOFFMANN(2016) afirma que “considera-se um

equívoco o MAPA não definir parâmetros de mensuração de bem-estar animal plausíveis e

aplicáveis à realidade da produção animal brasileira, pois dá margem a interpretações

tendenciosas ou mesmo ideológicas que podem gerar prejuízos”.

Certamente, a criação do CONAMA (Conselho Nacional do Meio Ambiente) pela lei

6938 de 1981, evidenciou-se a preocupação com o impacto ambiental, em especial com a

publicação da resolução 001 de 23/01/1986, que regulamenta o licenciamento ambiental em

atividade modificadoras do meio ambiente e seu impacto ambiental.


Esta resolução foi o marco inicial para novas iniciativas e ações que possibilitaram

diversas regulamentações relativas à questões ambientais no cenário brasileiro, e sua

adequação ao mercado global. Mas, ao mesmo tempo que se preocupou com o impacto ao

meio ambiente, pouca atenção foi dada ao estudo do impacto do meio ambiente no setor

produtivo. E, segundo HOFFMANN(2016), estudos sobre esta temática ocorrem em países da

comunidade europeia, desde a década de 1960.

O que pode ser considerado um mero detalhe ou mesmo um fator sem relevância, tal

como a taxa de iluminação dos leitões em fase de creche, realizado por ABREU(2011), em

certas condições e situações, a situação ambiental pode afetar os resultados do processo de

criação. Apesar do estudo mostrar-se inconclusivo, a realização de coleta de dados permitiria

realizar afirmações mais concisas sobre o tema.

Dentre os diversos fatores e variáveis ambientais, que podem e devem afetar o bem-

estar animal, destacam-se:

- Temperatura;

- Umidade;

- Pressão atmosférica, associada a umidade e temperatura;

- Taxa luminosidade;

- Presença e quantidade de gases: CO, CO2, Amônia;

- Nível de ruído.

Estudos envolvendo diversas variáveis ambientais não são uma novidade, como pode

ser visto no trabalho realizado por PANDORFI (2007), onde gases são analisados e

correlacionados a temperatura, na busca por informações sobre a produtividade na produção

e gestação de leitões. O ponto em questão é o custo associado, à época 2007, que torna o

procedimento de coleta e monitoramento elevado.

As variáveis ambientais, de temperatura, umidade, ruído, gases entre outros, são

citadas são as encontradas em diversos estudos de PANDORFI(2007), BAPTISTA(2011),

OLIVEIRA(2015) PADILHA(2017) e mesmo em documentos informativos como a

CARTILHA(1998) do governo do Paraná, tem-se o cuidado de citar estas variáveis ambientais

como fatores de estresse para os animais, afetando diretamente os parâmetros de

produtividade.

Vários desafios surgem quando surge a proposta de coleta e armazenamento de valores

ambientais do microclima. OLIVEIRA(2015) e PANDORFI(2007) abordam, entre outras

questões, a questão do armazenamento autônomo dos dados, para utilização futura.


Faz-se necessário neste momento destacar que o volume e quantidade de informações

coletadas e armazenadas podem ocupar um espaço de armazenamento considerável, sendo

necessário definir um modelo eficiente, tanto do ponto de vista técnico como econômico.

PADILHA(2017) sugere leituras de valor máximo e mínimo diário, OLIVEIRA(2015) trabalha

com valores periódicos.

Os diversos estudos e materiais citados neste tópico expõe de forma muito clara o

interesse de pessoas, empresas e instituições em realizar estudos que discorram sobre o

impacto das variáveis ambientais sobre a produção de animais.

A seguir será apresentado um modelo de baixo custo para a coleta de dados ambientais,

tendo como meta a geração de uma tecnologia de fácil acesso.

3. Proposta de modelo de coleta de dados

Uma busca simples na internet sobre métodos de coleta de dados, retorna diversos

experimentos e forma de coleta de dados. Alguns modelos utilizam-se de CLP’s comerciais

enquanto outros trabalham com controladores para realizar a coleta automatizada, baseada em

sensores.

A presente proposta utiliza um controlador e sensores que fazem leituras periódicas dos

valores ambientais, sendo os dados armazenados em um cartão de memória, em um

computador ou mesmo diretamente em um banco de dados na WEB.

Neste projeto, será utilizado um controlador arduino nano atmel 328 com sensores de:

- Gás amônia;

- Gás monóxido de carbono;

- Luminosidade;

- Temperatura e umidade (interno);

- Temperatura e umidade (externo);

- Pressão e temperatura;

- Ruído.

Entretanto, o sistema de baixo nível contempla ainda atuadores e entradas digitais que

permitem controles básicos sobre o processo, tomando por base controles lógicos sobre o

processo e as próprias informações ambientais coletadas.


Desta forma, o além da leitura de dados dos sensores de grandezas físicas ambientais,

outros controles digitais estarão disponíveis, sendo 3 saídas digitais (integradas a relês com

possibilidade de acionamento de 220V) e 2 entradas digitais (integradas a opto-acopladores).

Outra funcionalidade permitida no modelo é justamente a interação do usuário na plataforma

de alto nível (computador) sendo possível o envio de comandos para

Assim, as metas envolvidas no projeto são:

- Coletar e armazenar informações de todos sensores, continuamente;

- Período de armazenamento: 1 minuto;

- Tempo de armazenamento: 24h X 7 dias;

- Permitir que o usuário final defina o comportamento com base nos valores atuais;

- Integrar totalmente as entradas e as saídas do sistema;

- Possibilitar o acompanhamento das informações em tempo real, localmente ou na WEB;

- Permitir o ajuste dos parâmetros pelo usuário final, localmente ou pela web.

4. A Central de aquisição de dados

O projeto tem como uma de suas principais metas a coleta e armazenamento de dados

de forma contínua. Para esta tarefa automatizada, foi escolhido o controlador arduino Nano,

pelo seu custo, flexibilidade e capacidade de processamento.

Figura 1 - Arduino nano

Dentre as principais características deste controlador, tem-se portas de entradas e

saídas digitais e analógicas já implementadas, com canais seriais de comunicação e controle

de energia próprio. Assim, o custo x benefício deste equipamento mostra-se ideal para o

desenvolvimento do sistema de coleta de dados e controle dos dispositivos.

A coleta de dados ocorrerá com o auxílio de sensores e de um dispositivo de

processamento. Para a leitura das grandezas físicas, serão utilizados os sensores

apresentados na tabela 1.


BMP085 DHT11 LDR MQ135 MQ7 KY-038

Pressão Temperatura

Umidade

Luminosidade Amônia Monóxido de

Carbono

Ruído

300 a 1100

hPa

0-50º

20-90%

Ajustável 10 a 300

ppm

10 a 10000

ppm

Nível de som

ajustável

Tabela 1 - Sensores utilizados para a coleta de dados ambientais

Os sensores funcionam de forma independente. Serão implementados dois sensores

de temperatura, para o registro da temperatura interna e do ambiente externo das instalações.

O programa do controlador realizará a leitura cíclica dos sensores, armazenando os

dados no cartão SD anexo, e/ou enviando para o computador para armazenamento em banco

de dados.

Para a atuação no sistema, relês permitirão a utilização de energia em 220V, para o

acionamento de ventiladores, dispersores, lâmpadas, bombas de água e válvulas de controle.

O sistema tem implementados 3 relês de controle independente.

Para auxiliar e complementar o controle, 2 entradas com isolamento elétrico (opto-

acopladores) possibilitam a instalação de botões de controle e dispositivos de contato e

interação humana.

Sendo um sistema de controle, haverá a possibilidade de interação do usuário final com

o processo, ou seja, seja localmente ou de forma remota, o usuário poderá interagir com os

dispositivos de controle do sistema.

Na figura 2 tem-se os dispositivos digitais de controle do sistema.

Figura 2 - Dispositivos digitais de controle. Rele e Opto-acoplador


O sistema CCDA é representado na figura 3, onde pode-se perceber os níveis de

processamento, bem como de controle do sistema.

É importante ressaltar que o sistema tem a capacidade de operar com somente o baixo

nível implementado, não sendo necessário o alto nível nem mesmo o médio nível. Isto porque

o controlador tem a capacidade de armazenar comandos e controles para um funcionamento

stand-alone.

Figura 3 - Sistema CCDA. Níveis de processamento

No caso de utilização do médio nível, há a vantagem de que os dados já estarão

armazenados em um banco de dados, local ou web, e o próprio criador terá a capacidade de

alterar parâmetros de controle, tais como a temperatura para acionar ventiladores ou

dispersores de água.

Da mesma forma que o baixo nível, o médio nível também não precisa do alto nível para

seu funcionamento, pois pode armazenar os dados localmente, e, se preciso, enviar os dados

posteriormente, de forma automática, assim que a conexão com o servidor na internet for

estabelecida. A programação de médio nível é realizada em VB.net, versão 2017.

O alto nível é propriamente o acesso aos dados e controles pela internet. Neste caso,

havendo conectividade do médio nível com o alto nível, os dados estarão disponíveis em tempo

real, bem como a possibilidade de envio de comandos para os atuadores do sistema, sendo

este acesso por qualquer dispositivo que tenha acesso ao servidor. A programação em alto

nível é realizada em PHP com Javascript, contemplando o acesso para smartphones em

ambientes responsivos.


Importante: O controle sempre será gerido pelo MAIS BAIXO nível ativo. Assim, tem-se

as seguintes regras:

a) Caso somente ativo o nível baixo, os comandos definidos serão executados;

b) Caso o nível médio esteja ativo, terá prioridade sobre o nível baixo;

c) Caso o nível alto esteja ativo, terá prioridade sobre os níveis mais baixos;

4.1 Central de coleta de dados ambientais

Na figura 3, é apresentado a placa da central de coleta de dados, estando já conectados

os sensores e atuadores descritos no tópico 3, na tabela 1 e na figura 2.

Figura 3 - Placa da Central de coleta de dados ambientais

A controlador da placa pode ser programado, e alterado de acordo com as necessidades

específicas de cada criador.

Algumas características destacam este projeto perante outros modelos, em especial:

- Flexibilidade da aplicação;

- Baixo custo de montagem e de manutenção;

- Fácil expansibilidade;

- Componentes de baixo custo;

- Alto nível de integração com outros dispositivos;

- Alto grau de conectividade com outros dispositivos.


4.2 Estruturas e modelos computacionais da CCDA

O projeto busca coletar dados do meio ambiente local, realizar alguns processamentos

locais e disponibilizar as informações para utilização futura e para controles locais, assim, vários

níveis de controle e processamento de informações.

De forma a agrupar e organizar os dados, são claramente distintos 4 níveis: hardware

(circuitos, sensores e atuadores), baixo nível (arduino), médio nível (computador local) e alto

nível (servidor web, páginas e dispositivos móveis).

De forma a garantir um produto de custo acessível, todos os componentes utilizados

terão baixo custo, mas isto não significa baixa qualidade. O sistema possibilitar a troca de fácil

manutenção de componentes que vierem a falhar e apresentarem problemas de operação.

4.2.1 Sensores, atuadores e circuitos

Os sensores apresentados na tabela 1 realizam a leitura e transdução dos dados

ambientais para o controlador, o qual se encarregará de realizar o armazenamento dos dados

em bancos de dados ou em cartões de memória.

Os sensores podem ser ajustados, calibrados e alterado seu funcionamento, conforme

necessidades específicas. No caso de um sensor apresentar falhas, o sistema emitirá um alerta

luminoso, bem como será possível perceber a falha na leitura do sensor.

Todo o sistema trabalhará a partir da energia fornecida por uma fonte de 12V, a qual

alimentará o arduino, os sensores e os atuadores. O uso de uma bateria de 12V na entrada do

sistema permitirá que a coleta dos dados e controle continuem ocorrendo mesmo em queda de

energia.

4.2.2 Programação da central de controle de dados ambientais - Baixo nível

O programa do baixo nível, ou central de controle, tem a finalidade de coletar dados e

controlar o processo, fazendo a interface entre os equipamentos e o sistema computacional,

literalmente fazendo a digitalização dos dados.

A programação do controlador Arduino é realizada em ambiente próprio, sendo no

programa do arduino realizadas algumas das calibrações e ajustes dos sensores.

A programação do arduino será feita na plataforma oficial de desenvolvimento.


Haverá duas versões do programa do hardware arduino: autônoma e integrada.

A versão autônoma, permitirá que o sistema funcione de forma totalmente

independente. Os parâmetros de acionamento das saídas digitais serão fixas no sistema, bem

como os parâmetros das entradas. Por exemplo, o controlador será programado para acionar

ventiladores se a temperatura interna superar 30 ºC, e os dispersores de água serão ligados se

a umidade for inferior a 40%.

Já na versão integrada (local ou web), o usuário final poderá interagir com as variáveis

de ambiente, ou seja, definir novos parâmetros para funcionamento dos atuadores. Da mesma

forma que no modo autônomo, parâmetros são definidos para os atuadores, mas, caso o

usuário tenha interesse, poderá definir novos parâmetros, os quais terão prioridade sobre os

parâmetros do controlador. Estes novos parâmetros poderão ser inseridos no computador do

médio nível (computador local) ou nos dispositivos de alto nível (computador/smartphone).

Em ambas versões, a coleta de dados ocorre continuamente, no intervalo de 1 minuto.

Sendo que, os dados registrados são a média dos valores lidos a cada intervalo de 5 segundos.

4.2.3 Programação da central de monitoração - Médio Nível

O programa do médio nível, ou central de monitoração, será realizada em VB.net 2017.

Tem a finalidade de gerenciar o processo, assim tem por funções:

- Receber os dados ambientais e de controle do baixo nível;

- Enviar sinais de controle para o baixo nível;

- Armazenar os dados de baixo nível em banco de dados local;

- Se configurado, enviar os dados ambientais para um banco de dados na web;

- Receber os controles do alto nível e enviar para o baixo nível;

Figura 4 - Tela principal do médio nível - Supervisório


A figura 4 temos principais comandos de gerenciamento do médio nível, diversos

comandos e controles serão gerados nesta tela e enviados tanto para o baixo nível como

receberão comandos enviados pelo alto nível.

Figura 5 - Tela de definição de entradas e saída da central

A figura 5 mostra a tela onde podem-se ser configurados os dispositivos integrados,

para serem utilizados na tela de programação, da figura 6.

Figura 6 - Tela de programação do supervisório pelo usuário final


Figura 7 - Tela de conexão de dados do baixo nível e do alto nível

O modo de operação integrada é automático, caso o médio nível seja desconectado, a

operação do baixo nível permanece, inclusive com os parâmetros enviados pelo médio nível,

quando ocorrer novamente a conexão, o dispositivo de baixo nível automaticamente

compreenderá a mudança do modo e trabalhará novamente como integrado. Esta regra vale

para o médio nível e para o alto nível, sempre que estiverem conectadas e habilitadas.

4.2.4 Programação da central web - Alto Nível

O alto nível do projeto são basicamente algumas telas desenvolvidas em PHP, com

javascript e CSS. O site de gerenciamento, acesso remoto e gestão é o http://www.ccda.eco.br.

As funções do alto nível são:

- Apresentar os dados, em forma de relatório, tabelas, gráficos;

- Visualizar os dados em tempo real;

- Interagir enviando comandos para a placa de controle do baixo nível;

- Exportar dados em vários formatos;

- Integrar os dados via webservice;

Naturalmente, o acesso ao alto nível poderá ser feito por qualquer dispositivo que

tenha acesso a internet, sempre a partir do site http://www.ccda.eco.br, onde o usuário estará

cadastrado e fará acesso a partir de login (cpf/email) e senha.

4.2.5 Programação do dispositivo de acesso móvel

O acesso a dispositivo móvel, em celulares e tablets, garante ao usuário final um acesso

mais fácil e rápido, sendo sempre necessária a conexão com o servidor, via internet.

Os dados não serão salvos no dispositivo móvel, mas o acesso, que utilizará login e

senha ao site http://www.ccda.eco.br, permitindo que sejam visualizadas as variáveis do

ambiente, bem como que as saídas dos atuadores sejam atualizadas.


Figura 8 - Tela do supervisório web, sendo acessada por dispositivo móvel

A tela do supervisório também ficará disponível, facilitando a interpretação dos dados e

a compreensão da análise das atividades em curso.

Os dados são atualizados automaticamente conforme são inseridos no sistema, mas o

usuário tem a opção de solicitar atualização imediata, bem como alterar a taxa de atualização,

que deverá sempre ser superior a 60 segundos.

4.2.6 Banco de dados de armazenamento

Os dados do sistema serão armazenados em cartões de memória e, sempre que esteja

conectado ao médio nível, em banco de dados MySQL. Caso o médio nível perceba a conexão

com a internet, e esteja habilitado armazenamento no servidor web a conexão com o alto nível

ocorre e os dados ainda não sincronizados são então enviados a central web, onde outro banco

MySQL armazenará os dados.


Todas ações, controles e dados serão armazenados no banco de dados, permitindo a

rastreabilidade de dos eventos e informações que ocorrerem no sistema. Assim, caso esteja

conectado e habilitado, o sistema armazenará os dados em um banco de dados local, o

supervisório local estará disponível com dados em tempo real.

Se o sistema web estiver acessível e habilitado, o sistema armazenará os dados em um

banco de dados na web, neste caso a tela de gestão remota estará disponível.

5. Central em operação e seus resultados

Apesar da complexidade e diversas tecnologias envolvidas, o sistema segue a premissa

de ser simples, tanto em operação como em funcionamento.

O sistema pode trabalhar em alguns modos de operação:

- Básico sem coleta de dados;

- Básico com coleta de dados;

- Interativo com e sem atuação;

- Remoto com e sem atuação.

5.1 Modo básico sem coleta de dados

Neste modelo de processamento, não ocorre o armazenamento de dados, e não há

interações com outros níveis de controle. O controlador, com base nas suas regras, e nos

valores das variáveis, faz o controle dos atuadores, acionando e desligando os controles.

Figura 9 - Modo básico SEM coleta de dados


Neste modo de operação, basicamente se utilizam as informações das variáveis para

realizar acionamentos de equipamentos, tais como ventiladores, dispersores de água, válvulas,

lâmpadas entre outros dispositivos com potência máxima de 2000 W.

Por não haver conexão com o nível médio, todas as decisões de controle ocorrem no

baixo nível, e os comandos dependerão exclusivamente dos parâmetros definidos e

programados no arduino e dos valores das variáveis de ambiente.

5.2 Modo básico com coleta de dados

Neste modelo, os dados serão armazenados, em cartão SD. O princípio de

funcionamento é praticamente igual nos dois modelos do modo básico.

Figura 10 - Modo básico COM coleta de dados

Importante: Caso seja detectado conexão com o nível médio, serão enviados os dados

para o nível superior onde serão armazenados os dados em um banco de dados, local ou na

internet. Os dispositivos de controle permanecem ativos no baixo nível, mas, havendo

comandos ativos no nível médio, estes terão prioridade de processamento, ou seja, o nível mais

alto SEMPRE terá prioridade de execução.


5.3 Modo interativo

Neste modelo de processamento, um computador estará conectado ao baixo nível, e

realizará comunicação periódica entre os dois níveis, o baixo nível repassa dados dos sensores

para armazenamento no banco de dados, enquanto o médio nível apresenta os dados em um

supervisório, e permite que o usuário final ajustes os parâmetros de processamento, que serão

então enviados para o baixo nível realizar a atuação junto aos dispositivos de controle.

O baixo e o alto nível realizarão sua comunicação utilizando um canal serial USB típico,

e naturalmente, o supervisório somente estará ativo enquanto o baixo nível estiver enviando

sinais de controle. É importante frisar que, sempre que o médio nível estiver conectado ao baixo

nível, os comandos definidos pelo usuário, no médio nível, sempre serão prioritários. Caso não

sejam definidos comandos, os comandos do baixo nível serão executados.

5.4 Modo remoto

O modo remoto é basicamente o acesso aos dados e controles do sistema por um

dispositivo na web, seja um computador ou qualquer outro dispositivo conectado.

O dispositivo deve acessar o site http://www.ccda.eco.br, executar o login e senha, e

terá acesso aos dados e controles do sistema em tempo real.

5.5 Memorial descritivo

Na tabela 2, é apresentado o memorial descritivo relacionado ao projeto da central.

Diversos valores e informações constantes são de produtos e materiais encontrados e

adquiridos em lojas de varejo, não estando então contemplados os valores comerciais dos

produtos

Cabe ressaltar que todos os programas e softwares utilizados são em plataformas

freeware, ou seja, sem custo de licenciamento, aquisição ou com taxas de utilização. O servidor

web utilizado não teve custo por se tratar de um servidor já ativo em nome de um dos autores

do projeto.

Para criar e desenvolver o projeto, foram utilizados os seguintes recursos e programas

de desenvolvimento.


Baixo Nível

Material Qtd R$

Arduino 1 32,00

Placa de circuito 1 12,00

Relês 3 12,00

Caixa de proteção 1 23,00

Sensor gás amônia 1 22,00

Sensor gás CO 1 21,00

Sensor temperatura 2 14,00

Sensor pressão 1 15,00

Sensor ruído 1 11,00

Sensor luminosidade 1 10,00

Optoacopladores 2 10,00

Bornes 6 9,00

Outros componentes - 20,00

Fonte 12 V 1 15,00

Montagem e outros - 100,00

Custo aproximado R$ 326,00

Médio Nível

Recurso R$

Visual studio 2017 Versão Community

0

Servidor Wamp Apache + Mysql

0

Plataforma de desenvolvimento Arduino

0

Programação 1100

Custo aproximado

R$ 1100,00

Alto Nível

Recurso R$

Servidor Web Apache + Mysql

45,00 / mês

Programas de desenvolvimento

R$ 0

Programação e integração

900,00

Criação de telas para móvel

800,00

Montagem do site

500

Manutenção dos BD de clientes

20,00 / mês x cliente

Custo aproximado R$

2200,00 + Custos variáveis

Tabela 2 - Memorial descritivo de custos do projeto

Conforme pode ser visto na tabela 1, o custo aproximado do projeto, em seu desenvolvimento

para testes e validações é algo em torno de R$ 3.626,00 (três mil, seiscentos e vinte e seis

reais).

Tendo sido concluídas os desenvolvimentos e validações, espera-se que o custo de

programação diminua substancialmente, para valores abaixo de R$ 500,00 (quinhentos reais)

mensais, isto já considerando demandas específicas de clientes, as quais, naturalmente seriam

cobradas.

Quanto ao custo do baixo nível, R$ 326,00 (trezentos e vinte e seis reais), refere-se ao

valor da montagem do primeiro protótipo. A aquisição e montagem de materiais para uma maior

quantidade de equipamentos permitiria uma economia aproximada de 20 a 30% do valor final,

devido a negociações no processo de compra, montagem e outros aspectos relacionados a

processo de produção.


6. Considerações finais

Este projeto tem por finalidade apresentar um modelo de aquisição e gerenciamento de

variáveis ambientais de baixo custo, com vistas a disseminação da ideia da automação e

garantindo meios de competitividade.

Entre os desafios enfrentados pelo projeto temos a natural resistência humana a

novidades, a existência de propostas comerciais já em uso e a necessidade de investimento.

No entanto, as vantagens do uso deste modelo são várias, se considerado que permitirá um

controle mais eficiente dos recursos, diminuiria a mão de obra, possibilitando a rastreabilidade

e a produtividade do processo produtivo, agregando qualidade ao produto, bem como

atendendo a quesitos de bem-estar animal.

A possibilidade de uso em forma autônoma, mais simples e com pouca exigência de

recursos, certamente é um atrativo. Da mesma forma, a possibilidade de utilização de um

computador simples, de baixo custo, para a instalação de um sistema supervisório, também é

muito interessante, pois traz consigo a utilização de equipamentos de baixo custo, geralmente

já em desuso. O nível alto, ou acesso pela web, pode ser considerado uma necessidade, pois

permite o acompanhamento remoto das variáveis e do funcionamento do sistema.

A inclusão digital e da automação em pequenas propriedades certamente é um assunto

complexo, e visto com frequência, como algo inviável, em especial devido aos custos

envolvidos. Esperamos, com esta proposta, dirimir preconceitos e apresentar uma nova

abordagem a uma nova realidade, onde os custos destas tecnologias podem literalmente estar

ao alcance de todos.

6.1 Projetos futuros

Dentre as possibilidades futuras, tem-se a eliminação do nível médio, havendo a

conexão do baixo nível, direto ao servidor web. Isto facilitaria a conectividade e simplificaria o

processo. A desvantagem é a necessidade de uma conexão de internet próxima ao

equipamento de baixo nível, e, de certa forma, os equipamentos envolvidos tem um custo mais

elevado.

Outra possibilidade é integrar diversos coletores e montar uma rede de coletores. Uma

rede de coletores permitiria controles mais precisos dos processos, bem como melhoria a

resposta do sistema. O custo não aumentaria muito, pois um único nível médio poderia se

conectar a diversos equipamentos de hardware.


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